KR20180102098A

KR20180102098A - 화학적 강화용 유리 기판 및 제어된 곡률을 이용한 화학적 강화 방법

Info

Publication number: KR20180102098A
Application number: KR1020187020472A
Authority: KR
Inventors: 벤자민 나베; 피에르 불랑저
Original assignee: 에이쥐씨 글래스 유럽; 에이지씨 가부시키가이샤
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2016-12-01
Publication date: 2018-09-14
Also published as: EA201891405A1; EP3390319B1; SG11201804919TA; JP2019502640A; CN108367975A; CA3008531A1; EP3181533A1; US20180370852A1; EP3390319A1; WO2017102345A1; BR112018012189A2

Abstract

본 발명은 측면이 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키도록 이온 주입에 의하여 처리되는 화학적 강화용 유리 기판에 관한 것이다. 다른 실시형태들은 제1 및 제2 대향 측면을 갖는 기판을 제공하되, 기판은 제1 측면의 적어도 일부의 표면층에 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 이온 주입 프로파일을 제시하는 단계 및 이온 주입 처리된 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 단계를 포함하는 제어된 곡률을 이용한 화학적으로 강화된 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 이온 주입의 매개 변수는 제어 곡률이 화학적 강화 시 얻어지도록 선택된다.

Description

화학적 강화용 유리 기판 및 제어된 곡률을 이용한 화학적 강화 방법

본 발명은 화학적 강화용 유리 기판, 화학적 강화 시 유리 기판의 곡률을 제어하는 방법, 곡률 제어된 화학적으로 강화된 유리 기판을 제조하는 방법 및 화학적으로 강화된 유리 기판에 관한 것이다.

수년 동안 유리는 건물 및 차량 창과 디스플레이 덮개 용으로 선택된 소재였다. 유리는 높은 화학 및 기계적 강도 및 높은 투명도를 제공한다. 유리는 또한 다양한 터치-스크린 인터페이스 기술뿐만 아니라 LCD, 플라즈마 디스플레이, OLED와 같은 임의의 종류의 디스플레이 기술과 상용성이 있다. 유리 커버는 예를 들어 텔레비전 화면, 스마트폰, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 전자 서적, 시계 및 컴퓨터 디스플레이에 이용된다. 디스플레이 기술의 최신 경향은 더 얇고 가벼우며 대형 장치로 향하고 있다. 운송 산업(예컨대, 자동차, 항공)에서도 크고 가벼운 창문에 대한 유사한 경향이 관찰된다. 그러므로, 여전히 필요한 기계적 및 화학적 내성뿐만 아니라 바람직한 광학 특성을 제공하는 더 얇은 유리 시트를 제조하는 것이 필요하게 되었다.

유리 강화를 위한 하나의 주지 기술은 화학적 강화다. 화학적 강화에 있어서, 알칼리-함유 유리 기판은 예를 들어, KNO3와 같은 용융된 알칼리 염을 함유하는 가열 조 내에서 유리 어닐링점보다 충분히 낮은 온도에서 침지된다. 유리의 호스트 알칼리 이온과 용융 염으로부터의 침입 알칼리 이온 사이에 이온 교환이 일어난다. 침입 이온이 호스트 이온보다 크기가 더 크면, 유리의 거의 단단한 원자 네트워크에 침입 이온의 생성된 패킹이 교환된 이온량, 이온 교환의 깊이 및 유리 시트 두께에 따라 높은 표면 압축 및 일부 균형 내부 인장 응력을 포함하는 응력 프로파일을 전개하게 된다. 다른 유리 강화 공정들과 비교하여, 화학적 강화는 광학 왜곡없이 더 높은 표면 압축을 도입하며, 1 ㎜ 미만의 두께에서도 얇은 유리 시트에 응용될 수 있다는 장점을 갖는다.

화학적 강화 공정의 공정 매개 변수 및 유리 기판에 따라, 상이한 정도의 이온 교환이 얻어진다. 이온 교환의 정도, 즉 교환된 이온의 양 및 유리 기판 내의 이온 교환 층의 깊이는 수 마이크론에서 수백 마이크론에 이르는 압축층(DOL)의 깊이와 함께 300 내지 1,300 ㎫의 압축 표면 응력(CS)을 갖는 응력 프로파일을 생성하게 된다. 강화의 전반적인 수준은 유리 기판의 두께에 걸친 응력 프로파일에 의해 결정된다. 높은 파단 강도를 얻기 위해서는 높은 DOL 값과 높은 CS 값을 갖는 응력 프로파일이 필요하다. 디스플레이 장치의 의도된 용도에 따라, 화학적으로 강화된 디스플레이 커버 유리는 통상적으로 12 ㎛보다 높은 압축 층(DOL)의 깊이를 갖는 600 ㎫보다 높은 압축 표면 응력(CS)을 가질 것을 요구한다.

많은 상이한 유리 종류가 화학적 강화에 이용될 수 있으며, 이들은 주로 칼륨, 루비듐 또는 세슘 이온과 같은 비교적 큰 이온 반경을 갖는 침입 이온이라고 불리는 다른 이온과 교환될 수 있는 리튬 또는 나트륨 이온과 같이 비교적 작은 이온 반경을 갖는 호스트 이온이라고 불리는 알칼리 이온을 함유한다. 유리 기판은 통상적으로 2 개의 주요 대향 측면을 갖는 다양한 크기의 유리 시트로서 이용된다.

일부 유리 기판은 서로 다른 이온 교환 특성을 갖는 대향 측면, 하나의 고 이온 교환 측면 및 하나의 저 이온 교환 측면을 갖는다. 고 이온 교환 측면에서, 이온 교환의 정도, 즉 교환되는 이온의 양 및/또는 이온 교환층의 깊이는 화학적 강화 후에 대향하는 저 이온 교환 측면보다 더 높다. 이러한 기판의 경우, 교환된 이온의 양 및/또는 이온 교환의 깊이가 유리 시트의 양 측면에서 상이할 때, CS 및 DOL은 양 측면에서 상이하고, 유리 시트의 두께에 걸쳐 생성된 응력 프로파일은 비대칭인 것이 관찰되었다. 응력 프로파일이 비대칭이고 양측의 CS 및 DOL이 서로 밸런스에서 벗어나지 않는 경우, 이는 평평한 유리 기판이 곡선을 이루거나 제어되지 않은 방식으로 대체로 휘게 할 수 있다. 사실 어떤 경우에는 유리 시트의 두께에 걸친 응력 프로파일이 비대칭이지만 균형을 이루어서 휨이 발생하지 않는다. 특히, 유리 기판이 예를 들어 1.6 ㎜ 미만의 얇고, 디스플레이 커버와 같이 높은 강화 수준이 요구되는 경우, 예를 들어, 휨 수준이 매우 높아질 수 있다. 이러한 상이한 이온 교환 거동에 대한 이유 중 일부가 확인되었다. 표면에 가까운 호스트 이온 나트륨의 양은 생산 중에서 적용되는 탈 알칼리화 단계로 인해 유리 시트의 한 측면에서 더 낮을 수 있는 경우가 있다. 다른 이유는 유리의 바닥 측이 용융 주석(유리의 주석 측면)의 욕조와 접촉하고 상부 표면(유리의 공기 측면)이 접촉하지 않는, 유리의 생산에 이용되는 플로트(float) 공정으로 인해 유리 시트의 한 측면의 표면층에 주석이 존재할 수 있다. 이후 유리의 바닥 측면에서 이온 교환의 정도는 상부 측면보다 더 낮다.

화학적으로 강화된 유리의 휨을 피하는 한 가지 방법은 강화 수준을 제한하는 것이다. 그러나, 유리는 유리의 의도된 용도에 요구되는 기계적 내성에 도달할 수 없다.

휨을 피하는 다른 방법은 화학적 강화 전에 유리면 중 하나 또는 두 측면을 연마, 에칭 또는 분쇄하여 이온 교환 특성의 차이를 유발하는 표면층을 제거하는 것이다. 그러나, 이 공정은 특히 대형의 얇은 유리 기판에 대해 시간 소모적이고 복잡하다.

특허 출원 US2014/0305165는 예를 들어, 플로트 공정에 의하여 형성된 유리의 상부 측면인 고 이온 교환 측면 상에 특정 양의 H 원자를 함유하는 화학 기상 증착된 막을 형성하는 것에 의존하는 화학적 강화에 의해 야기된 휨을 감소시키는 방법을 기재하고 있다. 필름 내의 H 원자 함량을 조절하면 필름을 통과하는 이온의 확산 속도가 제어되어 화학적 강화를 통해 얻은 응력 프로파일을 제어하게 된다. 이러한 H 원자 함량의 조절은 유리의 표면층의 이온 교환 특성이 상이한 유리 유형에 따라 다르기 때문뿐만 아니라 단일 유리 유형의 생산 중에 변동이 일어나고 물론 화학적 강화 공정 조건이 변경될 수 있기 때문에 필요한 것이다. 그러나, 화학 기상 증착막에서 H 원자의 양을 조절하는 것은 쉽지 않다. 반면에 증착은 예측하기 어려운 복잡한 물리적 및 화학적 반응을 수반하며, 반면에 이 막 내에서 H 원자의 양을 입증하는 것은 막 증착 공정 자체 동안에 쉽게 이루어질 수 없다. 또한, 필름은 기판 상에 영구적으로 잔류하며 이의 광학 특성, 예를 들어 거칠기와 같은 이의 표면 특성에 영향을 미치고 모든 후속 공정에 고려되어야 한다.

용어

압축 표면 응력(CS): 광학 원리에 기초한 Orihara Industrial 사(社)의 시판중인 표면 응력계 FSM으로 측정한, 유리에서의 이온 교환 후 유리 표면에 의한 유리 네트워크의 압출 효과로 인한 응력.

이온 교환 층(DOL)의 깊이: 이온 교환이 발생하고 압축 응력이 생성되는 유리 표면층의 두께. DOL은 광학 원리에 기초하여 Orihara Industrial 사(社)의 시판중인 표면 응력계 FSM으로 측정할 수 있다.

중앙 인장 응력(CT): 유리 중간층에서 발생하고 이온 교환 후 유리의 상면 및 하면 사이에 발생하는 압축 응력을 반작용하는 인장 응력. CT는 측정된 CS 및 DOL 값들로부터 계산할 수 있다.

휨: 유리 시트의 휨은 구부러지거나 휘어진 유리 시트의 편평도에서의 편차이다. 휨의 수준은 곡률을 측정하여 평가할 수 있다. 휨 방향은 기판의 선택된 측면에 대해 오목하거나 볼록할 수 있다.

목적

본 발명의 목적은 유리 기판의 화학적 강화 시에 주입된 부분에서 이온 교환의 정도를 변경시키는 방식으로 측면의 적어도 일부 상에 이온 주입에 의해 처리된, 2 개의 주요 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 기판의 화학적 강화 후에 주입된 부분에서 제어 곡률이 얻어지는 방식으로 화학적 강화 시에 이온 교환의 정도를 변경시키는 방식으로 측면의 적어도 일부 상에 이온 주입에 의해 처리된, 2개의 주요 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 저 이온 교환 측면 및 고 이온 교환 측면을 가지며, 고 이온 교환 측면이, 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키고, 낮은 수준의 휨 또는 심지어 실질적으로 편평한 상태로 화학적으로 강화될 수 있는 방식으로 이온 주입에 의해 처리되는 유리 기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 제어 곡률로 코팅 없이 화학적으로 강화된 유리 기판을 얻는 방법을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명의 목적은 낮은 수준의 휨을 갖고 코팅 없이 화학적으로 강화된 유리 기판을 얻도록 상이한 이온 교환 특성을 갖는 2개의 주요 대향 측면을 갖는 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 측면의 표면층 내에 이온 주입 프로파일이 존재하는 화학적으로 강화된 유리 기판을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 화학적으로 강화되고, 낮은 휨을 갖거나 심지어 실질적으로 평평하며 코팅이 없으며 측면의 표면층 내에 이온 주입 프로파일이 존재하는, 상이한 이온 교환 특성을 갖는 2개의 주요 대향 측면을 갖는 유리 기판을 제공하는 것이다.

본 발명은 기판의 제1 측면의 적어도 일부가 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온이 제공되고, 제1 주입 이온의 제1 주입 프로파일은 제1 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 화학적 강화 시 제1 제어 곡률을 보이도록 하는 것인, 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판에 관한 것이다.

본 발명자들은 놀랍게도 유리 기판 측면에서 이온 교환의 정도가 화학적으로 강화되기 전에 특정 이온 주입 처리를 받는 경우 감소 될 수 있다는 것을 알게 되었다. 따라서, 기판은 이온 주입에 의해 처리된 측면의 표면층에 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 이온 주입 프로파일을 제시한다. 이로써 그들은 유리 기판의 화학적 강화 시 얻어지는 곡률의 수준 및 방향을 제어하도록 유리 측면에서 이온 교환의 정도를 변경 및 제어할 수 있었다. 즉, 주어진 유리 기판 및 주어진 화학적 강화 조건에 대해, 선택된 이온 주입 처리 매개 변수로부터 기인한 적절한 이온 주입 프로파일을 선택함으로써 곡률이 제어되었다. 한편으로, 실질적으로 편평한 화학적으로 강화된 유리 기판은 기판의 대향 측면의 이온 교환 특성의 균형을 이끄는 이온 주입 매개 변수를 선택함으로써 이같이 얻어질 수 있었다. 다른 한편으로, 의도된 곡률을 갖는 화학적으로 강화된 유리 기판은 유리 기판의 대향 측면의 이온 교환 특성의 차이를 원하는 정도까지 증가시키게 하는 이온 주입 매개 변수를 선택함으로써 얻어질 수 있었다.

유리 기판의 측면의 표면 일부가 일정한 이온 주입 처리를 거치게 되면, 이 측면의 일부에 주입 이온이 제공된다. 주입 이온은 표면에서 시작하여 기판으로의 주입 깊이까지 하강하는 이 부분의 표면층에 존재한다.

유리 기판의 측면의 표면 전체가 일정한 이온 주입 처리를 거치게 되면, 이 측면의 전체에 주입 이온이 제공된다. 주입 이온은 표면에서 시작하여 기판으로의 주입 깊이까지 하강하는이 측면의 전체 표면층에 존재한다.

이들 기판에 주입될 수 있는 이온 유형은 각각 O, Ar, N 또는 He의 이온이다. 이온은 단일 전하 이온 또는 단일 전하 및 다중 전하 이온의 혼합물일 수 있다. 다중 전하 이온은 하나 초과의 양전하를 띤 이온이다. 단일 전하 이온은 단일 양전하를 띤 이온이다. 유리 기판에 주입된 단일 전하 이온은 단일 전하 이온 O⁺, Ar⁺, N⁺ 또는 He⁺일 수 있다. 유리 기판에 주입된 다중 전하 이온은 예를 들어, O⁺ 및 O²⁺ 또는 Ar⁺, Ar²⁺, Ar³⁺, Ar⁴⁺ 및 Ar⁵⁺ 또는 N⁺, N²⁺및 N³⁺ 또는 He⁺ 및 He²⁺이다.

이러한 화학적 강화용 유리 기판에서, 이온의 주입 깊이는 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎛ 및 0.5 ㎛ 사이로 포함될 수 있다. 본 발명에 따른 유리 기판 내의 이온 투여량은 바람직하게는 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 보다 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 포함된다.

본 발명과 관련하여 이용하기에 적합한 유리 기판은 특히 2개의 주요 대향 측면을 가지며 화학적 강화에 의해 강화될 수 있는 유리 조성을 갖는 편평한 시트형 유리 기판을 포함한다. 본 발명과 관련하여 이용하기에 적합한 유리 기판은 제1 및 제2 대향 측면 상에서 상이한 이온 교환 특성을 가질 수 있고 그렇지 않을 수 있다.

본 발명의 일 특정 실시형태는 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판에 관한 것으로, 여기서 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온을 기판의 제1 측면의 일부에 제공하고, 여기서 제1 주입 이온의 제1 주입 프로파일은, 화학적 강화 시 제1 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 제1 제어 곡률을 보이도록 하는 것이다. 선택적으로, 기판의 제1 측면의 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제2 주입 이온이 제공된다. 선택적인 제2 주입 이온의 제2 주입 프로파일은 제1 주입 프로파일과 상이하며 제2 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 화학적 강화 시 제2 제어 곡률을 보이도록 하는 것이다. 제1 및 선택적인 제2 주입 이온에 더하여, 기판의 제2 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제3 주입 이온이 제공되며, 제3 주입 이온의 제3 주입 프로파일은 제3 주입 이온이 제공된 제2 측면의 일부가 화학적 강화 시 제3 제어 곡률을 보이도록 하는 것이다.

본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 화학적으로 강화된 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다:

a) 기판의 제1 측면의 적어도 일부에 화학적 강화 시 이온 교환 정도를 감소시키는 제1 주입 이온이 제공된, 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 기판을 제공하는 단계, 및

b) 코팅된 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 단계.

본 발명의 화학적 강화 공정에서 이용되는 유리 기판을 제조하기 위해 상이한 주입기 또는 이온 소스가 이용될 수 있다. 이들 이온 소스는 가스 소스를 이온화시켜 이 가스의 양으로 하전된 이온을 제공한다. 이용된 이온 소스에 따라, 기판으로 주입하기 위해 제공된 이온은 단일 전하 이온이거나, 단일 전하 및 다중 전하 이온의 혼합물일 수 있다. 다중 전하 이온은 하나를 초과하는 양전하를 띤 이온이다. 단일 전하 이온은 단일 양전하를 띤 이온이다.

본 발명에서, 가스 소스는 바람직하게는 O₂, Ar, N₂, 및 He에서 선택된다. 이온 소스에 의해 제공된 이온 유형은 바람직하게는 각각 O, Ar, N, 또는 He의 이온이다.

단일 전하 이온 소스가 이용되는 경우, 주입된 이온은 바람직하게는 단일 전하 이온 O⁺, Ar⁺, N⁺, 또는 He⁺이다.

이용된 이온 소스가 O, Ar, N, 또는 He의 단일 전하 및 다중 전하 이온을 제공하는 소스인 경우, 주입빔은 다양한 양의 상이한 O, Ar, N, 또는 He 이온을 포함할 수 있다. 각각의 이온의 예시적인 전류를 하기 표 1에 나타낸다(milli Ampere로 측정).

[표 1]

이온의 생성 후, 이온 소스는 이온 빔을 형성하도록 이들 이온을 가속시킨다.

주어진 이온 소스 및 이온 유형의 경우, 주요 이온 주입 매개 변수는 이온 가속 전압, 빔 출력, 이온 투여량 및 이온 전류이다.

주어진 유리 기판 및 주어진 화학적 강화 조건에 대해 적절한 이온 주입 처리 매개 변수를 선택함으로써 화학적 강화 시의 곡률이 제어된다. 화학적 강화 공정의 공정 매개 변수 및 유리 기판에 따라, 상이한 정도의 이온 교환이 얻어진다. 유리의 표면층의 이온 교환 특성은 상이한 유리 종류에 따라 상이하고, 단일 유리 유형의 생산 중에 변동이 발생하며 화학적 강화 조건은 사양 요구 사항에 의존한다. 모든 가능성을 망라하는 단일 세트의 주입 매개 변수는 주어질 수 없다. 원하는 제어 곡률을 얻기 위해 필요한 매개 변수는 이온 주입 매개 변수를 아래 표시된 범위 내에서 변화시킴으로써 찾게 된다.

본 발명에 따르면, 이온은 바람직하게는 1 W 및 500 W 사이에 포함된 빔 출력을 가지는 이온 소스, 그리고 5 및 1,000 ㎸ 사이에 포함된 이온 가속 전압을 이용하여 주입된다. 본 발명에 따른 이온 투여량은 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 바람직하게 포함된다.

O, Ar, N, 또는 He의 이온은 5 ㎸ 및 1,000 ㎸ 사이, 바람직하게는 5 ㎸ 및 200 ㎸ 사이, 더 바람직하게는 10 ㎸ 및 100 ㎸ 사이, 보다 바람직하게는 20 ㎸ 및 60 ㎸ 사이에 포함되고, 가장 바람직하게는 약 35 ㎸인 가속 전압으로 이온 소스로부터 추출될 수 있다.

이러한 이온 소스는 예를 들어, Quertech Ingenierie S.A.의 Hardion + RCE 이온 소스이다.

유리 기판의 영역의 표면 단위당 이온의 투여량뿐만 아니라 가속 전압 및 빔 출력은 바람직하게는 빔으로부터 이온 주입이 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎛ 및 0.5㎛ 사이의 두께 D를 갖는 주입 영역 또는 표면층으로 이루어지도록 선택되어, 상당한 깊이의 주입에 도달하게 된다.

고정된 가속 전압의 경우, 모든 다르게 충전된 이온은 각 이온의 충전 수 n에 비례하여 상이한 주입 에너지를 갖게 될 것이다. 따라서, 이온의 주입 에너지는 n x 5 keV 및 n x 1,000 keV 사이, 바람직하게는 n x 5 keV 및 n x 200 keV 사이, 더 바람직하게는 n x 10 keV 및 n x 100 keV 사이, 보다 바람직하게는 n x 20 keV 및 n x 60 keV 사이에 포함될 수 있으며, 가장 바람직하게는 약 n x 35 keV일 수 있다(keV = 킬로-전자-볼트).

예를 들어, N⁺, N²⁺, 및 N³⁺ 및 35 ㎸의 가속 전압을 포함하는 이온 주입 빔에서, 각각 1, 2, 또는 3의 전하 수(n)를 갖는 N⁺, N²⁺, 및 N³⁺ 이온은 각각 35 keV, 70 keV, 및 105 keV의 주입 에너지를 가질 것이다. 최대 주입 깊이는 가장 에너지가 적은 이온(N⁺)에서 가장 에너지가 큰 이온(N³⁺)으로 증가할 것이다.

이들의 높은 에너지로 인해 더 높은 전하를 띤 이온이 보다 낮은 전하를 띤 이온보다 기판에 더 깊숙이 주입될 것이다. 그러므로, 주어진 총 이온 투여량에 대해, 단순한 전하 이온만이 주입될 경우 좁은 깊이 분포가 얻어지며, 단순한 전하 및 다중 전하가 동시에 주입될 경우 더 넓은 깊이 분포가 얻어진다. 이러한 방식으로, 주입 이온의 높은 국부적 농도로 인한 특정한 결함이 회피되고 큰 주입 깊이가 얻어진다.

이온 주입 프로파일은 주입 이온 유형, 주입 깊이 및 주입 이온 투여량의 깊이 분포로 구성된다. 이온 주입 프로파일은 이온 주입 매개 변수로부터 기인한다. 가장 중요한 이온 주입 매개 변수는 이온 가속 전압, 빔 출력, 이온 투여량 및 이온 전류이다. 주입 이온의 성질에 따라, 이온 주입 프로파일은 임의의 직접적인 방식으로 결정될 수 없다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 처리되는 영역 아래에 위치된 처리되는 유리 기판의 영역의 온도는 유리 기판의 유리 전이 온도 이하다. 이 온도는, 예를 들어, 빔의 이온 전류, 빔 내의 처리된 영역의 체류 시간 및 기판의 임의의 냉각 수단에 의해 영향을 받는다. 본 발명자들은 놀랍게도 그 이유는 충분히 이해되지 않았다 하더라도, 보다 높은 이온 전류에 대해, 화학적 강화 시 이온 교환의 정도의 감소가 증폭되었다는 것을 알게 되었다.

본 발명의 일 실시형태에서 유리 기판과 이온 주입 빔은 유리 기판의 특정 표면 영역을 점진적으로 처리하도록 서로에 대해 변위된다. 바람직하게는, 이들은 0.1 ㎜/s 및 1000 ㎜/s 사이에 포함된 속도(VD)로 서로에 대해 변위된다. VD는 처리된 영역의 이온 투여량 및 온도에 영향을 주는 빔 내의 샘플의 체류 시간을 제어하기 위해 적절한 방식으로 선택된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 하나의 유형의 주입 이온만이 이용된다. 본 발명의 다른 실시형태에서, 하나 이상의 유형의 주입 이온이 조합된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 유리 기판을 처리하기 위해 여러 이온 주입 빔이 동시에 또는 연속적으로 이용된다.

본 발명의 일 실시형태에서, 유리 기판의 영역의 표면 단위당 이온의 총 투여량은 이온 주입 빔에 의한 단일 처리에 의해 얻어진다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 유리 기판의 영역의 표면 단위당 이온의 총 투여량은 하나 이상의 이온 주입 빔에 의한 몇몇의 연속적인 처리에 의해 얻어진다.

본 발명자들은 놀랍게도 화학적 강화 시 유리 기판에서 이온 교환의 정도는 유리 기판에서 상당한 깊이로 일정 투여량의 선택된 이온을 투입함으로써 제어된 방식으로 감소될 수 있음을 알게 되었다. 주어진 기판, 주어진 주입 이온 유형 및 주어진 화학적 강화 조건에 대하여, 본 발명자들은 화학적 강화 시의 곡률이 필수적으로 이온 전류뿐만 아니라 이온 선량 및 이온 가속 전압에 의존한다는 것을 알게 되었다. 따라서, 이들은 주입 이온의 이온 선량, 전류 및 가속 전압을 선택함으로써 예측 가능한 곡률을 얻을 수 있었다.

본 발명의 특정 일 실시형태에서, 화학적 강화를 위한 유리 기판이 제공되며, 여기서 제1 이온 주입 처리에 추가적으로, 기판은 제1 측면의 적어도 일 부분상에서 제2 이온 주입 처리로 처리되며, 제2 이온 주입 처리는 제1 이온 주입 처리와 상이하며, 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시킨다. 제2 이온 주입 처리의 매개 변수는 제1 측면상의 제2 이온 주입 처리에 의해 처리된 기판의 일부에서 화학적 강화 시 제2 제어 곡률이 얻어지도록 선택된다.

본 발명자들은 상이한 이온 주입 처리가 기판의 적어도 일부분에서 수행될 경우, 상이한 제어 곡률이 기판의 상이한 처리된 부분에서 얻어질 수 있다는 것을 알게 되었다. 제1 및 제2 이온 주입 처리는 이온 유형, 이온 선량, 전류 및/또는 가속 전압에 따라 상이할 수 있다.

본 발명의 다른 특정 실시형태에 있어서, 제1 또는 제1 및 제2 이온 주입 처리에 추가적으로, 기판이 제2 측면의 적어도 일부상에 화학적 강화 시 이온 교환 정도를 감소시키는 제3 이온 주입 처리로 처리되고, 제3 이온 주입 처리의 처리 매개 변수는 제3 제어 곡률이 제2 측면 상에서 제3 이온 주입 처리에 의하여 처리된 기판의 일부에서 화학적 강화 시 얻어지도록 선택되는, 화학적 강화용 유리 기판이 제공된다.

본 발명자들은 상이한 이온 주입 처리가 양 대향 기판 측면의 적어도 일부 상에서 수행될 경우, 보다 다양하고 상이한 제어 곡률이 기판의 상이한 처리된 부분 상에서 얻어질 수 있다는 것을 알게 되었다. 제3 이온 주입 처리는 이온 종류, 이온 선량, 전류 및/또는 가속 전압 등에 의해 제1 및/또는 제2 이온 주입 처리와 상이하거나 상이하지 않을 수 있다.

본 발명의 특히 바람직한 일 실시형태에서, 아래와 같은 제 1 및 제2 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판이 제공된다.

i) 제1 및 제2 주요 대향 측면은 화학적 강화 전에 이들의 비-이온 주입 상태에서 상이한 이온 교환 특성을 가지며, 제1 측면은 고 이온 교환 측면이고 제2 측면은 저 이온 교환 측면이며,

ii) 기판의 제1 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온이 제공되며,

iii) 제1 주입 이온의 주입 프로파일은 -0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함된 제1 제어 곡률이 화학적 강화 시에 얻어지도록 한다,

곡률 측정 방법은 아래에 설명된다. 바람직하게는, 기판에는 필수적으로 제1 측면의 전체상에 제1 주입 이온이 제공되고 - 0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함된 제어 곡률이 화학적 강화 시 전체 기판상에서 얻어진다. 더 바람직하게는, 기판에는 제1 측면의 전체상에 제1 주입 이온이 제공되고 -0.01 x 1/m 및 0.01 x 1/m 사이에 포함된 제어 곡률이 화학적 강화 시 전체 기판상에 얻어진다.

본 발명자들은 비-이온 주입 상태에서 상이한 이온 교환 특성을 갖는 대향 측면을 갖는 유리 기판이 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 이온 주입 처리가 고 이온 교환 측면 상에서 수행되었던 경우에 필수적으로 곡률이 없더라도 낮은 곡률로 화학적으로 강화될 수 있다는 것을 알게 되었다.

본 발명자들은 이온 주입 처리가 특정 선택된 매개 변수로 수행되었을 경우, 높은 교환 측면의 이온 교환 특성이 대향된 저 이온 교환 측면의 이온 교환 특성에 적응될 수 있다는 것을 알게 되었다. 선택된 이온 주입 매개 변수는 이온 유형, 화학적 강화 조건 및 기판 유리에 의존한다.

본 발명자들은 또한 기판의 이온 교환 특성이 유리 기판의 일 측면 상에 특정 선택된 매개 변수로 이온 주입 처리를 수행함으로써 원하는 제어 곡률을 얻도록 제어된 방식으로 불균형해질 수 있다는 것을 알게 되었다.

본 발명은 또한 하기 단계를 포함하는 제어 곡률을 갖는 화학적으로 강화된 유리 기판의 제조 방법에 관한 것이다:

a) 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 기판을 제공하는 단계로서

a. 기판의 제1 측면의 적어도 일부에, 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온이 제공되고, 그리고

b. 제1 주입 이온의 제1 주입 프로파일은 제1 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 화학적 강화 시 제1 제어 곡률을 보이도록 하는 것인 단계,

b) 코팅된 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 단계.

본 발명의 일 실시형태에서, 기판의 제1 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제2 주입 이온이 제공되고, 제2 주입 이온의 제2 주입 프로파일은 제1 주입 프로파일과 상이하다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 제1 측면의 적어도 일부에는 제1 주입 이온이 제공되고, 선택적으로 기판의 적어도 일부에는 제2 주입 이온이 제공되고, 또한 기판의 제2 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제3 주입 이온이 제공된다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 제2 주입 이온의 주입 프로파일은 제2 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 화학적 강화 시 제2 제어 곡률을 보이도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 특정 실시형태에서, 제3 주입 이온의 주입 프로파일은 제3 주입 이온이 제공된 제2 측면의 일부가 화학적 강화 시 제3 제어 곡률을 보이도록 하는 것이다.

본 발명의 특히 바람직한 일 실시형태에서, 본 발명은 하기 단계를 포함하는, 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 방법을 제공한다:

b) 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 기판을 제공하는 단계

i) 제1 및 제2 주요 대향 측면은 이들의 비-이온 주입 상태에서 상이한 이온 교환 특성을 가지며, 제1 측면은 고 이온 교환 측면이고 제2 측면은 저 이온 교환 측면이며,

ii) 기판의 제1 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온이 제공되며

iii) 제1 주입 이온의 주입 프로파일은 -0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함된 제1 제어 곡률이 화학적 강화 시에 얻어지도록 하는 것인 단계,

c) 코팅된 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 단계.

본 발명은 또한 실질적으로 편평한 이온 주입된, 화학적으로 강화된 유리 기판에 관한 것이다. 바람직하게는, 화학적으로 강화된 유리 기판은 양쪽 대향 측면 상에 적어도 400 ㎫의 CS 값 및 적어도 6 ㎛의 DOL 값을 갖는다. CS 값은 400 ㎫ 및 1,200 ㎫ 사이에 바람직하게 포함되고, DOL 값은 6 ㎛ 및 40 ㎛ 사이에 바람직하게 포함된다. 바람직하게는, 화학적으로 강화된 유리 기판은 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이, 더 바람직하게는 0.1 ㎜ 및 1.6 ㎜ 사이에 포함된 두께를 갖는다. 유리 기판이 소다 석회 유리인 경우, 2개의 대향 측면의 CS 값은 적어도 6 ㎛의 DOL 값에서 바람직하게는 적어도 400 ㎫이다. 유리 기판이 알루미노-규산염 유리 기판인 경우, CS 값은 바람직하게는 적어도 650 ㎫이고 DOL 값은 적어도 15 ㎛이다.

본 발명과 관련하여 이용하기에 적합한 유리 기판은 특히 2개의 주요 대향 측면을 가지며 화학적 강화에 의해 강화될 수 있는 유리 조성을 갖는 편평한 시트형 유리 기판을 포함한다. 본 발명과 관련하여 이용하기에 적합한 유리 기판은 제1 및 제2 대향 측면 상에서 상이한 이온 교환 특성을 가질 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.

이의 구체적인 예는 소다-석회 규산염 유리, 알루미노-규산염 유리, 붕산염 유리, 리튬 알루미늄 규산염 유리, 및 붕규산 유리 및 각종 다른 종류의 유리로 이루어지는 투명한 유리판을 포함한다. 소다-석회 유리 및 알루미노-규산염 유리가 특히 많이 이용된다.

그 중에서, 이온 반경이 더 작은 알칼리 금속 이온 또는 알칼리 토금속 이온을 함유하는 유리가 바람직하고, Na 이온을 함유하는 유리가 더 바람직하다. Na⁺ 이온을 함유하는 유리 기판은 Na⁺보다 큰 이온 반경을 갖는 알칼리 금속 이온, 예를 들어, K⁺ 이온으로 이온 교환될 수 있다. 따라서, 유리 기판이 한쪽 측면 상에 이온 주입 처리된 경우에도, Na⁺ 이온이 효과적으로 치환되어 유리를 강화시킬 수 있다.

본 발명에 따른 화학적 강화용 유리 기판의 조성은 이온 교환이 가능해야 한다는 사실 이외에는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 하기의 유리 조성이 이용될 수 있다.

본 발명의 유리 기판의 조성은 특별히 한정되지 않고, 소다-석회 규산염 유리, 붕규산 유리 또는 알루미노-규산염 유리에 속할 수 있거나 알칼리를 함유하는 것이면 또 다른 종류의 유리에 속할 수 있다. 특히, 유리 기판의 조성은 플로트법(float method)에 의하여 시트 유리로 형성될 수 있다.

본 발명의 특정 실시양태들에서, 본 발명의 유리 기판의 조성은 붕소 및 리튬을 함유하지 않는다. 이는 붕소 및 리튬 원소가 유리 배치(batch)/원료에 의도적으로 첨가되지 않으며, 존재한다면, 유리 시트의 조성에서 이들의 함량은 생산에 불가피하게 포함되는 불순물 수준 정도만에 도달한다는 것을 의미한다.

일 실시형태에서, 유리 기판의 조성은 유리의 총 중량에 대해 표시되는 중량 백분율로 하기 사항을 포함한다:

SiO2 40 내지 85%

Al2O3 0 내지 30%

B2O3 0 내지 20%

Na2O >0 내지 25%

CaO 0 내지 20%

MgO 0 내지 15%

K2O 0 내지 20%

BaO 0 내지 20%

바람직한 일 실시형태에서, 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 또는 알루미노-규산염 유리 기판이다.

유리하게는, 특히 낮은 생산 비용 이유로 인하여, 유리 기판의 조성은 소다-석회-규산염 유리이다. 본 실시형태에서, 유리 기판의 조성은 유리의 총 중량에 대해 표시되는 중량 백분율로 하기 사항을 포함한다:

SiO2 60 내지 78%

Al2O3 0 내지 8%

B2O3 0 내지 4%

CaO 0 내지 15%

MgO 0 내지 10%

Na2O 5 내지 20%

K2O 0 내지 10%

BaO 0 내지 5%

바람직하게는, 유리 기판의 조성은 유리의 총 중량에 대해 표시되는 중량 백분율로 하기 사항을 포함한다:

SiO2 60 내지 78%

Al2O3 0 내지 6%

B2O3 0 내지 1%

CaO 5 내지 15%

MgO 0 내지 8%

Na2O 10 내지 20%

K2O 0 내지 5%

BaO 0 내지 1%

당해 발명의 일 실시형태에서, 유리 기판은 제1 및 제2 대향 측면이 이들의 비-이온 주입 상태에서 화학적 강화 시 상이한 이온 교환 특성을 가지며, 제1 측면은 고 이온 교환 측면이고 제2 측면은 저 이온 교환 측면인 유리 기판이다.

바람직한 일 실시형태에서, 유리 기판은 소다-석회 플로트 유리 기판 또는 알루미노-규산염 플로트 유리 기판이다.

본 발명과 관련하여 사용하기에 적합한 유리 기판의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 일반적으로, 유리 기판의 두께는 후술하는 효과적인 화학적 강화 공정을 수행하기 위해 바람직하게는 3 ㎜ 이하이다.

화학적 강화 시의 휨 문제는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이에 포함된 두께를 가지며, 특히 0.1 ㎜ 및 1.6 ㎜ 사이에 포함된 두께를 갖는 유리 기판에 중요하며, 0.1 ㎜ 및 0.7 ㎜ 사이에 포함된 두께를 갖는 유리 기판에 가장 중요하다. 화학적 강화 시의 휨 문제는 유리 기판이 0.1 ㎜ 및 1.6 ㎜ 사이에 포함된 얇은 두께 및 높은 요구 강화 수준을 갖는 경우, 또한 더욱 중요해진다. 소다-석회 조성의 경우, 휨의 문제는 적어도 400 ㎫의 압축 표면 응력 수준 및 6 ㎛보다 크고, 특히 8 ㎛보다 큰 압축층 깊이에 중요하다. 알루미노-규산염 조성의 경우, 휨의 문제는 적어도 650 ㎫의 압축 표면 응력 수준 및 15 ㎛보다 큰 압축층 깊이에 특히 중요하다.

유리 기판이 대향 측면 상에서 상이한 이온 교환 특성을 갖는다는 것을 주장하는 하나의 방법은 하기 단계를 포함한다: 유리 기판을 화학적으로 강화하고 휨을 측정하거나 CS 및 DOL을 결정하거나 각 측면의 표면층에 침입 이온의 침투 프로파일을 분석하고 비교하는 단계.

바람직하게는, 화학적 강화는 바람직하게는 400 및 500℃ 사이의 온도에서 20 분 내지 24 시간 동안 KNO₃을 포함하는 용융 염 욕조에서 수행된다. 이후, CS 및 DOL은 상기 기술된 방법으로 결정될 수 있다. 각 측면의 표면층에서 침입 이온의 침투 프로파일은 알려진 2차 이온 질량 분광법(SIMS) 또는 알려진 X-선 광전자 분광법(XPS) 방법에 의해 결정될 수 있다. 예를 들어, K⁺와 같은 침입 이온의 양은 화학적으로 강화된 기판에 대한 X- 선 형광 측정을 이용하여 비교될 수 있다.

기판의 휨을 정량화하기 위해, 4 x 4 ㎠ 샘플이 DEKTAK 6M Stylus Profiler로 측정된다. 스타일러스는 연속적으로 샘플의 중심에서 2개의 직각 3 ㎜ 길이의 선을 따라 선형 프로파일을 플로팅한다. 각각의 직각 선에 대해 세 번의 측정이 이루어지며 곡률은 파라볼릭 피트(parabolic fit) 및 알려진 미적분 방법을 이용하여 여섯 번의 측정의 평균으로부터 계산된다. 관례적으로, 휨 방향이 오목한 경우에는 곡률은 양의 부호가 부여되고, 휨 방향이 볼록 일 때 곡률은 음의 부호가 부여된다. 관례적으로, 플로트 유리 기판은 프로파일러의 스타일러스를 대향한 주석 측면으로 측정되며 곡률은 반경의 역수이므로 단위는 1/m이다. 유리 기판은 곡률이 -0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함되어 있거나 곡률 반경이 기판의 중앙에서 25 m 이상일 경우, 낮은 휨 또는 낮은 곡률을 갖는 것으로 간주된다. 유리 기판은 곡률의 절대값이 0.01 Х 1/m 이하 또는 곡률 반경이 100 m 이상일 경우 실질적으로 편평한 것으로 또는 곡률을 실질적으로 갖지 않는 것으로 간주된다. 유리 기판은 곡률의 절대값이 0.04 x 1/m을 초과할 경우 상당한 휨 또는 상당한 곡률을 갖는 것으로 간주된다.

주어진 투여량에 대한 이온 교환 특성의 감소 정도는 다른 것들 중에서도 특히 이온 유형에 의존한다. 주어진 이온 선량에서 이온 교환의 보다 큰 감소를 위해, 주입 이온은 바람직하게는 O, Ar, 및 N의 이온 중에서 선택되고, 더욱 더 바람직하게는 O 및 Ar의 이온 중에서 선택된다. 주어진 투여량에 대한 이온 교환의 가장 큰 감소를 위해, 주입 이온은 가장 바람직하게는 O의 이온이다.

화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는데 적합한 이온 선량은 바람직하게는 2 x 10¹⁶ 이온/㎠ 및 6 x 10¹⁷ 이온/㎠ 사이에 포함된다.

화학적 강화 시, 특히 0.5 ㎜ 내지 0.7 ㎜ 두께의 유리, 특히 소다 석회 플로트 유리의 휨을 감소시키기 위해, 이온 선량은 바람직하게는 각각의 이온 유형에 대해 하기 이온 선량 범위로부터 선택된다:

이러한 매개 변수로 -0.04 l/m 및 0.04 l/m 사이에 포함된 곡률을 갖는 화학적으로 강화된 기판이 얻어질 수 있다.

화학적 강화 시, 특히 0.5 ㎜ 내지 0.7 ㎜두께의 유리, 특히 소다 석회 플로트 유리의 휨을 감소시키기 위해, 이온 선량은 바람직하게는 각각의 이온 유형에 대해 하기 이온 선량 범위로부터 선택된다:

이러한 매개 변수로 -0.01 x l/m 및 0.01 x l/m 사이에 포함된 곡률을 갖는 화학적으로 강화된 기판이 얻어질 수 있다.

화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는데 적합한 가속 전압은 바람직하게는 15 ㎸ 및 35 ㎸ 사이에 포함된다.

이온 주입 매개 변수, 유리 두께 및 화학적 강화 조건에 따라 적어도 1 x 1/m, 적어도 5 x 1/m, 심지어 적어도 10 x 1/m 의 유의미한 곡률이 얻어질 수 있다.

본 발명에 적합한 화학적 강화 공정은 바람직하게는 호스트 이온 반경에 비해 이온 반경이 비교적 큰 침입 알칼리 이온의 외부 소스를 이용하는, 소위 저온형 이온 교환을 포함한다. 이온 교환 공정에서, 침입 알칼리 이온의 외부 소스는 용융 염 욕조로서, 염 혼합물 상에 분산된 채로(sprayed-on salt mixture), 페이스트로서 또는 증기로서 이용될 수 있다. 이온 교환 공정을 수행하기 위한 용융 염의 예는 질산칼륨, 및 알칼리 황산염 및 알칼리 염화물, 예를 들어, 황산나트륨, 황산칼륨, 염화나트륨 및 염화칼륨을 포함한다. 이들 용융 염은 단독으로 이용되거나 병용할 수 있다.

화학적 강화 공정은 예를 들어, 400 및 500℃ 사이의 온도에서 5 분 내지 24 시간 동안 유리 기판을 용융된 질산칼륨의 욕조에 침지하여 수행될 수 있다. 당업자라면 이해할 수 있는 바와 같이, 유리의 조성 및 두께, 사용된 용융 염 및 화학적으로 강화된 유리의 최종적 이용을 위해 요구되는 응력 프로파일을 고려하여 이온 교환의 다양한 공정 매개 변수가 선택될 수 있다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 화학적 강화는 400 및 500℃ 사이의 온도에서 24 시간 내지 48 시간 동안 유리 기판을 용융된 질산칼륨의 욕조에 침지하여 수행된다. 이러한 조건은 유리 기판의 파손 없이 상당한 곡률 수준을 얻는데 특히 효율적이라는 것을 알게 되었다.

본 발명의 화학적으로 강화된 유리 기판의 최종 용도의 예는 디지털 카메라, 휴대폰, 스마트폰, 터치 패드, PDA 및 터치 패널 및 임의의 디스플레이 커버와 같은 디스플레이 장치의 커버 글래스를 포함한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 유리 기판에서 이온 주입 프로파일은 유리 기판의 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는데 이용될 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 이온 주입 프로파일은 유리 기판에 이용되어 화학적 강화 시 유리 기판 곡률을 제어할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 있어서, 이온 주입 프로파일의 이온은 O, Ar, N, 또는 He의 이온 중에서 선택된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에 있어서, 이온 주입 프로파일의 이온은 단일 전하 이온 또는 단일 전하 및 다중 전하 이온의 혼합물이다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 이온 주입 프로파일의 주입 깊이는 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는, 0.1 ㎛ 및 0.5 ㎛ 사이에 포함된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 이온 주입 프로파일의 이온 투여량은 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 포함된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 유리 기판의 두께는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎜ 및 1.3 ㎜ 사이에 포함된다.

본 발명의 바람직한 일 실시형태에서, 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 또는 알루미노-규산염 유리 기판이다.

실시예

비교예 C1은 이온 주입으로 처리되지 않은 0.7 ㎜ 두께의 4 x 4 ㎠ 소다 석회 플로트 유리 샘플이다.

실시 예 1 내지 6은 표 2의 매개 변수에 따라 샘플의 공기 측에 이온 주입으로 처리된 0.7 ㎜ 두께의 4 x 4 ㎠ 소다 석회 플로트 유리 샘플이다.

이온 주입을 Hardion + RCE 이온 소스를 이용하여 진공 조건에서 수행하였다.

비교예 C1 및 실시예 1 내지 6의 화학적 강화를 카세트에 넣고 예열한 다음 430℃에서 4 시간 동안 용융된 KNO₃ (>99%) 욕조에 침지시킴으로써 수행하였다.

[표 2]

화학적 강화, 냉각 및 세척 후 샘플의 표면 압축 응력(CS), 층 깊이(DOL) 및 곡률을 상기에 설명한대로 측정하였다.

화학적으로 강화된 기판의 각 측면의 표면층에서의 칼륨(K⁺)의 양을 X-레이 형광 측정에 의해 비교하였고, 초당 수천 카운트(count)의 임의 단위(초당 킬로 카운트 - [kcps])로 주어진다.

표 3은 실시예들에 대한 측정 데이터를 요약한 것이다.

[표 3]

위의 표에서 알 수 있듯이, C1과 실시예 1 내지 3을 비교한 경우, 유리 기판의 공기 측 상에서 수행된 이온 주입은 유리 기판의 공기 측에서 Na⁺와 교환된 K⁺의 양을 감소시킨다. 이온 주입 매개 변수에 따라 상이한 수준의 곡률에 도달할 수 있다. 이들 샘플의 주석 측면 상에서, 평균적으로, CS는 618 ㎫이고, DOL은 9.3 ㎛이며, K⁺ 카운트는 197 kcps이다.

실시예 1 및 실시예 2를 비교할 경우, 주입된 O 이온의 선량이 2.5 x 10¹⁶에서 1 x 10¹⁷ 이온/㎠로 증가했을 경우 화학적 강화 시 이온 교환 정도를 유리 기판의 처리된 공기 측 상에서 감소시킨다는 것을 알게 된다.

실시예 1 및 실시예 3의 비교는 이온 전류를 1 ㎃에서 2 ㎃로 증가시키는 것이 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 것을 보여준다.

곡률 측정으로부터 알 수 있는 바와 같이, 비교예 C1은 0.04 x 1/m 초과의 곡률 수준을 갖는 상당한 휨 또는 상당한 곡률을 갖는다. 비교예 C1은 양의 곡률 값을 가지는데, 이는 주석 측면에서 관찰되는 바와 같이 오목하다는 것을 의미한다. C1을 실시예 1 및 2와 비교할 경우, 오목 곡률이 먼저 감소하고 이후 이온 선량이 증가함에 따라 볼록해지는 것을 알 수 있다. 이는 곡률 수준이 광범한 범위에 걸쳐 제어될 수 있음을 보여준다.

실시예 2, 4, 5, 및 6을 비교하면, 1 x 10¹⁷ 이온/㎠의 주어진 선량, 이온 전류, 및 가속 전압에 대해, 이온 교환 정도의 감소 수준이 He에서 N에서 Ar에서 O 이온으로 증가한다는 것을 보여준다.

위의 실시예는 주어진 기판 및 주어진 화학적 강화 조건에 대해 서로 다른 주입 매개 변수를 갖는 몇 개의 테스트 샘플을 제작함으로써 최종 곡률이 이 매개 변수 범위 내에서 합리적으로 예측될 수 있음을 예시한다.

화학적 강화 전 및 후에 투과율(TL)과 반사율(RL, 공기 측)을 광원 D65 및 관찰자 각 10°로 측정하였다. 결과는 아래 표 4에 나타낸다.

[표 4]

본 발명자들은 놀랍게도 화학적으로 강화된 샘플 1 내지 5가 샘플 6 또는 반례 C1보다 더 낮은 반사율을 나타낸다는 것을 알게 되었다. 따라서, 화학적 강화 시 제어 곡률 및 반사 방지의 조합을 Ar, N, 또는 O의 이온이 주입된 샘플로 얻는다. 화학적 강화 후 O 이온이 주입된 샘플에서는 특히 낮은 반사율을 얻었다. 또한, 본 발명자들은 공기 측에 O 이온을 1 x 10¹⁷ 및 7.5 x 10¹⁷ 이온/㎠ 사이의 투입량으로 25 및 35 ㎸ 사이의 가속 전압에서 주입한 소다-석회 플로트 유리 샘플이 화학적 강화 전에 약 1.5%의 반사율(RL, 공기 측) 감소를 보였다는 것을 알게 되었다.

Claims

제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 화학적 강화용 유리 기판으로서, 여기서 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제1 주입 이온을 기판의 제1 측면의 적어도 일부에 제공하고, 여기서 제1 주입 이온의 제1 주입 프로파일은, 화학적 강화 시 제1 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 제1 제어 곡률을 보이도록 하는 것이고,
i) 여기서 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제2 주입 이온을 기판의 제1 측면의 적어도 일부에 제공하고, 여기서 제2 주입 이온의 제2 주입 프로파일은 제1 주입 프로파일과 상이하고, 여기서 제2 주입 프로파일은, 화학적 강화 시 제2 주입 이온이 제공된 제1 측면의 일부가 제2 제어 곡률을 보이도록 하는 것이고/이거나,
ii) 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제3 주입 이온을 기판의 제2 측면의 적어도 일부에 제공하고, 여기서 제3 주입 이온의 제3 주입 프로파일은, 화학적 강화 시 제3 주입 이온이 제공된 제2 측면의 일부가 제3 제어된 곡률을 보이도록 하는 것인,
화학적 강화용 유리 기판.
제1항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 이온은 O, Ar, N, 또는 He의 이온인, 유리 기판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 이온은 단일 전하 이온 또는 단일 전하 이온 및 다중 전하 이온의 혼합물인, 유리 기판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 프로파일은 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎛ 및 0.5 ㎛ 사이에 포함된 깊이를 갖는, 유리 기판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 프로파일은 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 포함된 이온 투여량을 갖는, 유리 기판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 이온은 n x 5 keV 및 n x 1,000 keV 사이, 바람직하게는 n x 5 keV 및 n x 200 keV 사이, 더 바람직하게는 n x 10 keV 및 n x 100 keV 사이, 보다 바람직하게는 n x 20 keV 및 n x 60 keV 사이에 포함되고, 가장 바람직하게는 약 n x 35 keV의 주입 에너지로 주입되며, n은 각각의 이온의 전하 수인, 유리 기판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 및 알루미노-규산염 유리 기판 중에서 선택되는, 유리 기판.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판의 두께는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이, 바람직하게는, 0.1 ㎜ 및 1.3 ㎜ 사이에 포함되는, 유리 기판.
a) 화학적 강화 시 이온 교환 정도를 감소시키는 O, Ar, N, 또는 He의 이온 중에서 선택된 제1 주입 이온이 기판의 제1 측면의 적어도 일부에 제공된, 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 기판을 제공하는 단계, 및
b) 상기 이온 주입된 유리 기판을 화학적으로 강화시키는 단계를 포함하는 화학적으로 강화된 유기 기판의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 기판의 제1 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제2 주입 이온이 제공되고, 제2 주입 이온의 주입 프로파일은 제1 주입 프로파일과 상이한 것인, 방법.
제9항 또는 제10항에 있어서,
상기 기판의 제2 측면의 적어도 일부에는 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 제3 주입 이온이 제공되는, 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 이온 주입 프로파일은 제1, 제2 및/또는 제3 제어 곡률이 화학적 강화 시 얻어지도록 하는 것인, 방법.
제9항에 있어서,
상기 기판의 제1 및 제2 주요 대향 측면은 이들의 비-이온 주입 상태에서 상이한 이온 교환 특성을 가지며, 제1 측면은 고 이온 교환 측면이고 제2 측면은 저 이온 교환 측면인, 방법.
제9항 또는 제13항에 있어서,
상기 기판에는 상기 제1 측면의 전체 상에서 제1 주입 이온이 제공되는 방법.
제13항에 있어서,
상기 제1 이온 주입 프로파일은 -0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함된 제1 제어 곡률이 화학적 강화 시에 얻어지도록 하는 것인, 방법.
제11항에 있어서,
상기 제2 및/또는 제3 주입 이온은 O, Ar, N, 또는 He 이온으로부터 선택되는, 방법.
제9항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 주입 이온은 단일 전하 이온 또는 단일 전하 이온 및 다중 전하 이온의 혼합물인, 방법.
제9항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 이온 주입 프로파일의 주입 깊이는 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎛ 및 0.5 ㎛ 사이에 포함되는, 방법.
제9항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1, 제2 및/또는 제3 이온 주입 프로파일의 이온 투여량은 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 포함되는, 방법.
제9항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 및 알루미노-규산염 유리 기판 중에서 선택되는, 방법.
제9항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판의 두께는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이, 바람직하게는, 0.1 ㎜ 및 1.6 ㎜ 사이에 포함되는, 방법.
화학적 강화 전에 비-이온 주입 상태에서 상이한 이온 교환 특성을 갖는, 제1 및 제2 주요 대향 측면을 갖는 화학적으로 강화된 유리 기판으로서, 제1 주요 대향 측면은 고 이온 교환 측면이고 제2 주요 대향 측면은 저 이온 교환 측면이며, 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이에 포함된 두께를 갖고, -0.04 x 1/m 및 0.04 x 1/m 사이에 포함된 곡률을 가지며, 제1 이온 주입 프로파일은 상기 제1 측면의 적어도 일부 상에 존재하며, 제1 이온 주입 프로파일의 이온은 O, Ar, N, 또는 He의 이온 중에서 선택되는, 화학적으로 강화된 유리 기판.
제22항에 있어서,
-0.01 x 1/m 및 0.01 x 1/m 사이의 곡률을 갖는, 화학적으로 강화된 유리 기판.
제22항 또는 제23항에 있어서,
0.1 ㎜ 및 1.6 ㎜ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎜ 및 1.3 ㎜ 사이에 포함된 두께를 갖는, 화학적으로 강화된 유리 기판.
제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
양 측면 상에 300 및 1,300 ㎫ 사이에 포함된 압축 표면 장력 및 6 ㎛ 및 40 ㎛ 사이에 포함된 압축층의 깊이를 갖는, 유리 기판.
제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 및 알루미노-규산염 유리 기판 중에서 선택되는, 유리 기판.
유리 기판의 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키기 위한, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도로써, 이온 주입 프로파일의 이온이 O, Ar, N, 또는 He의 이온 중에서 선택되는 것인, 용도.
화학적 강화 시 유리 기판 곡률을 제어하기 위한, 유리 기판 중의 화학적 강화 시 이온 교환의 정도를 감소시키는 이온 주입 프로파일의 용도로써, 이온 주입 프로파일의 이온이 O, Ar, N, 또는 He의 이온 중에서 선택되는 것인, 용도.
제27항 또는 제28항에 있어서,
상기 이온 주입 프로파일의 이온은 단일 전하 이온 또는 단일 전하 이온 및 다중 전하 이온의 혼합물인, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도.
제27항 내지 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 주입 프로파일의 주입 깊이는 0.1 ㎛ 및 1 ㎛ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎛ 및 0.5 ㎛ 사이에 포함되는, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도.
제27항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 이온 주입 프로파일의 이온 투여량은 10¹² 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이, 바람직하게는 10¹⁵ 이온/㎠ 및 10¹⁸ 이온/㎠ 사이에 포함되는, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도.
제27항 내지 제31항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판의 두께는 0.1 ㎜ 및 3 ㎜ 사이, 바람직하게는 0.1 ㎜ 및 1.3 ㎜ 사이에 포함되는, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도.
제27항 내지 제32항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유리 기판은 소다-석회 유리 기판 또는 알루미노-규산염 유리 기판인, 유리 기판 중의 이온 주입 프로파일의 용도.